研究人员设计碳纳米管海绵阴极 有助于释放锌离子混合电容器的潜力

盖世汽车讯 中国研究团队取得重大的储能技术进展。据外媒报道，陕西科技大学（Shaanxi University of Science and Technology）和山西浙大新材料与化工研究院（Shanxi-Zheda Institute of Advanced Materials and Chemical Engineering）的研究人员开发出创新柔性碳纳米管@多孔碳（CNT@PC）海绵状阴极材料，可以提高锌离子混合电容器（ZIHC）的充电性能和效率。

（图片来源：sciencedirect.com）

传统ZIHC在能量和功率密度方面富有前景，但其发展受到有限的碳基阴极倍率性能的影响。碳基质中的微孔与大的水合锌离子不匹配，阻碍实现现代应用所需要的快速充电能力。为了解决这一问题，研究人员致力于探索能够突破这些局限性的材料。

在这项新突破中，研究人员设计出柔性CNT@PC海绵，其特征是平均尺寸为14.3 nm的更大介孔。这种结构有助于在低电流密度（0.1 A/g）下实现175.3 mAh/g的高比容量，即使在大电流密度（50 A/g）下，也能保持93.1 mAh/g的高倍率性能。CNT@PC海绵中的大介孔发挥了十分重要的作用，有助于离子快速传输，大幅降低内电阻（IR降）和离子扩散电阻。

CNT@PC海绵表现出高离子扩散系数和大量表面电容贡献，这是实现高效储能和快速充放电循环的关键因素。此外，该材料具有灵活性，对于需要考虑机械应力和灵活性的应用来说是理想选择，例如可穿戴电子产品和可弯曲设备。

该研究深入探讨孔径对多孔碳（PC）阴极倍率性能的影响。该团队采用细致的孔隙结构设计方法，从而创造出可明显增强ZIHC快速充电性能的阴极材料。该研究表明，大介孔不仅支持快速离子传输，还可以充分减少能量损失，这是实现高速率应用的关键方面。

这项研究或将产生深远的影响。在电动汽车中快速充电是一个关键因素，而CNT@PC海绵基ZIHC可以明显改善充电时间和电池寿命。在便携式电子产品领域，这项技术有望提供更可靠、更持久、能够承受各种机械应力的电源。

这项研究进展为开发高性能储能系统开辟了新途径。从这项研究中获得的见解，可以为未来的多孔碳基阴极创新设计提供信息，将ZIHC潜在应用扩展到更广泛的储能技术。